Деятельность заводских отделов техники безопасности включает, в частности, следующие мероприятия:

проведение, вводного инструктажа для вновь, поступающих на работу;

организацию выборов общественных инспекторов труда;

проведение общественных смотров по охране труда и технике безопасности и инструктивных совещаний инженерно-технических работников и инспекторов по вопросим обеспечения безопасности труда;

организацию бесед, лекций и семинаров с работниками предприятий по вопросам обеспечения безопасности труда при внедрении новой техники и технологии;

участие в разработке цеховых технологических и производственных инструкций обеспечивающих безопасность труда на отдельных производственных участках;

контроль за наличием на рабочих местах плакатов, показывающих наиболее безопасные приемы обслуживания оборудования и выполнения различных технологических операций;

создание кабинетов по изучению и пропаганде правил техники безопасности;

показ технических фильмов, пропагандирующих рациональные и безопасные методы выполнения работ на основе использования передовой технологии, комплексной механизации и автоматизации производства.

4.2 Вредные производственные факторы и борьба с ними

Запыленность. В своем составе пыль содержит более 10% свободной двуокиси, кремния в виде частиц размером до 4 мкм. Размеры частиц имеют очень большое значение: чем мельче частицы, тем большую опасность они представляют. Если содержание пыли в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации, то в результате длительного воздействия этой пыли создается опасность заболевания рабочих силикозом (поражение легких и верхних дыхательных путей).

Снижение запыленности воздуха рабочей зоны достигается устройством общеобменной и местной вытяжной вентиляции в местах образования пыли. Отсасываемый с участков металлопрокатного цеха воздух перед выпуском в атмосферу очищается пылеочистными устройствами.

Уровень температуры воздуха рабочей зоны. Для плавильных отделений характерен резкий перепад температур, когда высокая температура воздуха, окружающего плавильные печи, снижается по мере удаления от них на некоторое сравнительно небольшое расстояние до более низкого значения. Такой перепад температур особенно резко выражается в холодный период года.

Понижение температуры воздушной среды до установленных санитарных норм обеспечивается применением водяного или воздушного охлаждения нагретых поверхностей и ограждений, с тем чтобы их температура не превышала 45°С, а также устройством общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Для облегчения условий работы используют также воздушное душирование, т.е. обдувку рабочего направленным потоком воздуха со скоростью 2 - 3 м/с. При этом снижается температура на поверхности одежды рабочего и облегчается отдача тепла его организмом,. На участках, где невозможно по тем или иным причинам применить подобные устройства, используют в тех же целях передвижные пропеллерные установки.

Лучистое тепло. Источниками значительного лучистого тепла являются плавильные печи, расплавленный металл, горячие отливки и т.п. Образующееся при этом инфракрасное излучение не влияет непосредственно на температуру воздуха, но оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека.

Для снижения вредного воздействия лучистого тепла на рабочих около плавильных печей и на участках заливки форм устанавливают системы воздушного душирования с увеличенной скоростью движения воздуха до 0,3 - 0,7 м/с (для легких работ до 0,2т - 0,5 м/с) и проводят специальные профилактические мероприятия.

Загазованность. В некоторых отделениях металлопрокатного цеха при сушке футеровки разливочных ковшей, а также при. плавке шихтовых материалов и приготовлении литейных расплавов образуются газы, (СО, SO₂ и др.) Если содержание выделяющихся газов в воздухе рабочих зон не превышает установленных санитарных норм, то воздействие этих газов на организм человека не представляет значительной опасности. Снижение загазованности атмосферы-рабочих зон до установленных санитарных норм обеспечивается дожиганием ваграночных газов в системах подогрева воздуха, вводимого в печь устройством общеобменной и местной вытяжной вентиляции в местах выделения газов, а также проведением специальных профилактических мероприятий.

Шум. Шумом называют комплекс звуков, воспринимаемых органом слуха человека вне зависимости от характера и природы возникновения. Величина шума характеризуется двумя показателями: уровнем звукового давления и эквивалентным (по энергии) уровнем звука. Уровень звукового давления является показателем постоянного шума на рабочем, месте и измеряется в децибелах (дБ). Эквивалентный уровень звука является показателем прерывистого, импульсного шума на рабочем месте и измеряется в децибелах по шкале "А" (дБ).

Длительное воздействие интенсивного шума может вызывать понижение чувствительности слухового аппарата. Через слуховую систему шум оказывает вредное влияние на весь организм и в первую очередь на нервную систему человека, кроме того, производственный шум мешает рабочему сосредоточиться при выполнении работы и снижает его работоспособность.

Эффективным мероприятием пр. борьбе с шумом является снижение его в источнике образования, т.е. в машинах, механизмах и т.п. Для снижения шума в источнике заменяют, например, ударные процессы и механизмы безударными, зубчатые и цепные передачи на клиноременные, применяют принудительную смазку, прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях и т.п. Кроме, того, для борьбы с шумом в конструкцию оборудования встраивают амортизирующие и звукогасящие приспособления. В качестве индивидуальных средств защиты от воздействия производственного шума используют противошумные заглушки и наушники.

Вибрация. Вибрация - это колебательные процессы, происходящие в механических системах. На практике вибрацию характеризуют по двум параметрам: колебательной скоростью, т.е. максимальным перемещением колеблющейся точки в секунду (выражается см/с), и интенсивностью, т.е. количеством полных циклов колебаний в единицу времени. По аналогии с шумом интенсивность вибрации может измеряться децибелами.

Вибрацию подразделяют на местную и общую. Местная вибрация наблюдается при обрубке отливок пневматическими рубильными молотками. В условиях литейного производства общая вибрация образуется при сотрясении пола и других частей здания вследствие ударного действия выбивных решеток, пневматических формовочных, центробежных и других машин.

Снижение вибрации до предельно допустимых уровней достигается применением виброгасящих амортизирующих устройств и приспособлений, систематическим ремонтом пневматического инструмента, использованием виброзащитных рукавиц, а также заменой рубильных молотков электрическими инструментами вращательного действия (абразивными станками с гибким валом и др.). Эти мероприятия одновременно снижают уровни вибрации и шума.

Оборудование для очистки воздуха и газов в металлопрокатном цехе.

Технические условия для газоочистки.

Проектирование системы газоочистки электросталеплавильного участка выполнено со стандартами РК о защите окружающей среды, строго ограничивая количество пыли выбросов дымовых газов.

После завершения работы по наладке система газоочистки может работать нормально без ручного вмешательства от обслуживающего персонала.

Система улавливания дымовых газов в электросталеплавильном цехе состоит из двух частей.

На каждой дуговой печи предусматривают установку полузакрытого укрытия для улавливания возникающих при выплавке дымовых газов.

Кроме того на крышке цехового здания предусмотрена установка вытяжного колпака для улавливания дымовых газов выбивающихся из полузакрытого укрытия, также при загрузке в печь лома и при сливе стали из печи.

Система газоочистки.

Дымовые газы уловленные через вытяжной колпак и через два полузакрытых укрытия, поступают в систему газоочистки. Затем после очистки в этой системе, при удовлетворении требованиям по стандартам РК о защите окружающей среды, выбрасывают в атмосферу.

В системе газоочистки применяется рукавный фильтр.

Через определенное время работы в системе возрастает сопротивление до определенной степени, срабатывает электромагнитный клапан АСУ и автоматически подключается сжатый воздух, производится встряхивание пыли на мешках.

Общая производительность системы газоочистки составляет 200 000 м³/час. После газоочистки частицы уловленной пыли отгружают с помощью шнека в специальный бункер.

4.3 Правила безопасности при прокатном производстве

4.3.1 Прокатные станы (общие требования)

4.3.1.1 При необходимости перехода через главный соединительный вал каждой клети прокатного стана (далее - стан) должны устанавливаться переходные мостики с ограждением. На непрерывных станах вместо отдельных мостиков через соединительные валы каждой клети допускается устройство одного сплошного мостика вдоль всех клетей, с лестницами для спуска к каждой из клетей.

4.3.1.2 Производить устранение неисправностей узлов и механизмов станов во время прокатки металла запрещается

Неработающие калибры валков должны закрываться щитами

4.3.1.3 Проверка калибров зазора между валками, а также положения проводок должны производиться при помощи соответствующей оснастки.

Регулировка зазора между валками на вновь строящихся станах должна быть механизирована.

4.3.1.4 Замер профиля прокатываемою металла на ходу слана должен производиться только дистанционно с использованием соответствующих измерительных приборов.

4.3.1.5 В процессе прокатки необходимо следить за состоянием задаваемого конца раската на входе в клеть. При выявлении дефекта коней раската должен быть обрезан.

4.3.1.6 На станах "трио" при наличии системы гидравлического уравновешивания среднего валка промежутки между траверсой привода и станиной клети должны быть закрыты оградительными щитами.

4.3.1.7 При ручной задаче металла в валки клеши вальцовщика должны соответствовать сортаменту прокатываемого металла и быть в исправном состоянии Для охлаждения клешей около станов должны быть установлены емкости с проточной водой, температура которой не должна превышать +45 грал.

4.3.1.8 Конструкция подъемно - качающихся столов должна исключать возможность падения с них прокатываемого металла.

Для предотвращения травмирования работающих боковые поверхности подъемно - качающихся столов должны быть обшиты листовым металлом. При верхнем положении стола обшивка не должна быть выше плитового настила рабочего места.

4.3.1.9 Для ремонта и осмотров механизмов под подъемно - качающимися столами должны быть устроены приямки с наклонными лестницами.

В случаях когда устройство приямков с наклонными лестницами невозможно, допускается устройство - качающихся столов колодцев с вертикальными лестницами или скобами.

4.3.1.10 Во время осмотра и ремонта механизмов, распложенных пол подъемно - качающимися столами, стан должен быть остановлен, а подъемно - качающийся стан - надежно закреплен

4.3.1.11 Промежутки между роликами рольгангов, за исключением рабочих рольгангов у блюмингов и слябингов, должны быть перекрыты.

4.3.2 Сортировочные и проволочные станы.

4.3.2.1 Непрерывные мелкосортные и проволочные станы для исключения возможности образования петель при прокатке металла должны быть оснащены приспособлениями, обеспечивающими безотказный захват заготовки (полосы) валками, правильную регулировку окружной скорости валков отдельных клетей, а также предупреждающими забуривание переднего конца полосы.

4.3.2.2 На последних группах клетей непрерывных мелкосортных и проволочных станов должно устанавливаться съемное (раздвижное) зашитое ограждение, перекрывающее все клети сверху и с боков. Размер ячеек сеток oгрождения должен быть меньше сечения прокатываемого металла, а прочность ограждения должна исключать возможность пробивания сетки при ударе передним концом полосы (проволоки)

Съемное (раздвижное) ограждение должно снабжаться устройством, исключающим его случайное снятие (открытие), или устройством, блокирующим процесс прокатки.

Петлевые столы станов должны иметь ограждение высотой 0.9 м

Независимо от наличия ограждения клетей и петлевых с голов на проволочных непрерывных станах вес проходы и переходные мостки в зоне расположения клетей также должны иметь защитное ограждение.

На мелкосортных непрерывных станах переходные мостики через рольганги за последней чистовой клетью должны иметь сплошное защитное ограждение

4.3.2.3 Отводящие рольганги от последней клети мелкосортных станов должны быть ограждены бортами высотой не менее 0.3 м Со стороны проходов указанные борта должны иметь уклон, препятствующий выбросу движущейся полосы

В тех случаях, когда при прокатке металла возможно образование петли, над рольгангами должны быть установлены съемные (раздвижные) ограждения

4.3.2.4 При отсутствии между отдельными клетями непрерывных сортопрокатных станов стодол с направляющими желобами между клетями должны устанавливаться ограждения.

4.3.2.5 Для зашиты работающих от теплового воздействия горячего металла направляющие желоба ил непрерывных станах и на станах с последовательным расположением клетей должны иметь соответствующие ограждения (теплозащитные экраны)

4.3.2.6 Прокатное поле на сортовых станах линейного типа должно иметь сплошное ограждение (шиты, борта). Конструкция ограждения должна исключать возможность выбрасывания металла при прокатке, застревания конца полосы и образования петель.

4.3.2.7 На станах линейного типа (три наличии длинных раскатов или петель, а также при отсутствии у стана достаточных площадей должны быть устроены подвесные желоба или подземные карманы с достаточным расширением устья и в необходимых случаях с установкой направляющих роликов.

Для исключения выброса прокатываемого металла через борт желоба устье приемного желоба должно быть закрыто с боковых сторон и сверху.

Листы и плиты желобов карманов должны плотно прилегать друг к другу. Карманы, расположенные рядом, должны быть разделены стенами.

4.3.2.8 Желоба, используемые для передачи металла от одной линии клетей к другой, для предупреждения образования петель должны быть накрыты крышками.

4.3.3 Шаропрокатные станы.

4.3.3.1 Все работы по разгрузке, перемещению и подаче заготовки на загрузочную решетку нагревательной печи, а также работы по погрузке готовых шаров должны быть механизированы

4.3.3.2 На рабочих местах вальцовщиков должно быть установлено устройство аварийного отключения механизма подачи заготовки в приемный желоб в опасных случаях.

4.3.3.3 Приемный желоб стана должен быть оборудован устройством, предотвращающим выбрасывание заготовки из желоба

4.3.3.4 При прокатке укороченных заготовок для вальцовщиков должна предусматриваться специальная рабочая площадка расположенная вне зоны скатывания заготовок. Задача укороченных заготовок в валки должна производиться при помощи надставок необходимого размера

4.3.3.5 Смена верхней проводки стана должна выполняться при помощи приспособления, исключающего ее внезапное падение.

5.3.3.6 При аварийной остановке элеватора должен быть остановлен стан и перекрыта подача воды в завалочную яму

Ремонт элеватора должен выполняться после охлаждения шаров в соответствии с требованиями технологической инструкции.

4.3.3.7 Конструкция элеватора, а также фундамента завалочной ямы должна исключать возможность зависания шаров.

5. Промышленная экология

5.1 Анализ состояния окружающей среды АО "ССГПО"

АО "ССГПО" - является крупнейшим производственным предприятием Казахстана и стран СНГ по подготовке железорудного сырья.

Основная продукция АО "ССГПО" - офлюсованные железорудные окатыши и железорудный концентрат - высококачественное сырьё для доменного производства.

Главные загрязняющие вещества - углекислый газ, окислы серы, азота, радиоактивные соединения.

Безусловно, любое производство имеет вредное воздействие на окружающую среду. Но благодаря проводимым экологическим мероприятиям уровень выбросов не превышает допустимых норм. В АО "ССГПО" большое внимание уделяется охране окружающей среды.

Предприятие потребляет (перерабатывает) огромную массу сырья и полуфабрикатов, в числе которых железная руда, известняк, каменный уголь для получения кокса и готовый кокс, огнеупоры или сырье для их производства, металлолом и т.д. К сожалению, пока еще нельзя назвать металлургическое производство полностью безотходным, определенная доля поступивших на предприятия материалов после переработки оказывается в числе отходов производства.

При работе цехов и участков металлопрокатного завода происходит выделение следующих загрязняющих веществ:

– в стали плавильном цехе электропечи выделяются возгоны металла и его оксиды, оксиды серы и азота, фтористый водород, аммиак, ионы хлора, графитовая пыль, фтористый кальций, хлористый барий;

– в заготовительном отделении выделяются сварочный аэрозоль, оксиды марганца, оксид углерода, оксиды азота;

– в складе, где расположено хранилище природного газа, используются лакокрасочные материалы, которые выделяют ксилол и уайтспирит;

– в отделении для внепечной обработки стали выделяются пыль, оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, фториды;

– в сталелитейном отделении (УНРС) выделяются пыль, оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, фториды и пары воды;

Количество и состав отходящих газов определяются рядом факторов:

- наличием или отсутствием топлива, состав которого определяет состав отходящих газов;

- использованием кислорода (по мере замены воздуха кислородом в отходящих газах уменьшается содержание азота);

- подсосом воздуха через неплотности и щели;

- спецификой процесса (например, в случае продувки металла аргоном в отходящих газах будет аргон);

- степенью дожигания СО и СО₂.

Как правило, отходящие газы содержат СО, СО₂, Н₂О и N₂, а также некоторое количество NO, SO и О₂. Пылевыбросы состоят в основном из оксидов железа. Помимо пылегазовых выбросов в процессах производства стали образуются шлаки (в зависимости от технологии в количестве 10-20 % от массы металла). Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу показаны в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

№ п/п	Наименование загрязняющих веществ	Нормативные объемы выбросов, т/год	Фактический выброс загрязняющих веществ за 2005г. т/год
1	Взвешенные вещества (зола)	78,038	70,074
2	Пыль металлическая	3,665	1,667
3	Пыль угольная	1,266	0,95
4	Пыль древесная	0,434	-
5	Сварочный аэрозоль	0,106	0,248
6	Окись углерода	29, 199	29,230
7	Двуокись азота	2,841	2,902
8	Сернистый ангидрид	12,528	7,812
9	Аэрозоль эмульсола	0,017	0,004
10	Оксиды марганца	0,008	0,011
11	Фтористый водород	0,132	0,042
12	Оксиды хрома	0,00004	0,000077
13	Оксиды железа	0,016	0,029
14	Хромовый ангидрид	0,009	0,0026
15	Хлористый водород	0,029	-
16	Пары щелочи	0,0002	0,00006
17	Аэрозоль краски	0,240	0,047
18	Спирт этиловый	0,080	0,158
19	Спирт бутиловый	0,060	0,117
20	Толуол	0,164	0,32
21	Этилцеллозольв	0,032	0,063
22	Бутил ацетат	0,032	0,063
23	Пары серной кислоты	0,370	0, 207
24	Цианистый водород	0,476	0,171
25	Пары азотной кислоты	0,014	-
26	Углеводороды	0,032	0,015
27	Ацетон	0,032	0,063
Всего выбросов, в т. ч.	129,821	114,618
Твердые вещества	83,403	72,939
Газообразные и жидкие вещества, вещества ГАЗООБРАЗНЫЕ И ЖИДКИЕ	46,418	41,679

Все технические мероприятия, которые целенаправленно закладываются в ремонтные программы и программы обновления оборудования, направлены на снижение вредных выбросов. Руководство объединения и коллектив в этом вопросе работают согласно международным стандартам ISO 14001: 2004 "Системы управления охраной окружающей среды - требования и руководство по применению" [10].

Здесь применяются современные технологии, которые разрабатываются и в Казахстане, и за рубежом, а также достаточно дорогостоящие материалы и оборудование, способствующие сохранению нормальной экологической обстановки в городе. Снизить дополнительные выбросы помогут современные технические мероприятия, в том числе предусмотренные проектом эффективные очистительные установки.

5.2 Утилизация и ликвидация отходов

Для обезвреживания промышленных выбросов применяется несколько способов: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции) или растворами реагентов, связывающих вредные вещества химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции) или с помощью катализаторов.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Используется этот метод при значительных концентрациях (от 2 до 20 г/м³) вредных примесей. В качестве абсорбента в основном служит вода, реже водные растворы кислот или вязких масел.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми и жидкими поглотителями с образованием малолетучих и малорастворимых химических соединений. Используется для обезвреживания некоторых специфических примесей и в литейном производстве встречается редко.

Метод адсорбции базируется на свойствах некоторых твердых тел селективно извлекать отдельные компоненты из газовой смеси и концентрировать их на своей поверхности. В качестве адсорбента наиболее широко применяется активированный уголь, с помощью которого можно удалят, например, двуокись серы из горячих технологических газов [11].

Основными путями утилизации шлаков сталеплавильного производства являются:

- извлечение металла;

- получение железофлюса для вагранок и аглодоменного производства;

- получения щебня для дорожного и промышленного строительства;

- использование основных шлаков в качестве известковых удобрений для сельского хозяйства;

- использование фосфорсодержащих шлаков для получения удобрений для сельского хозяйства;

- вторичное использование конечных шлаков.

На металлургических заводах образуются миллионы тонн шламов. Основная масса шламов образуется в процессе улавливания и осаждения технических и аспирационных выбросов пыли. По источникам образования железосодержащие шламы черной металлургии подразделяют на агломерационные, доменные, сталеплавильные и окалиносодержащие.

Сталеплавильные шламы подразделяются на шламы газоочисток, конвертеров, мартеновских и электросталеплавильных печей. Основным направлением рационального использования шламов является утилизация их в качестве добавки к агломерационной шихте. Подготовка шламов включает сгущение, фильтрование и термическую сушку.

Механическое обезвоживание (сгущение) шламов фильтрованием или центрифугированием обеспечивает снижение влажности шлама до 15-25 %. В результате ввода в агломерационную шихту сгущенных шлаков, обладающих повышенными вяжущими свойствами, улучшается окомкование шихты, однако транспортировка таких шламов приводит к загрязнению территории завода, оборудования и помещений [12].

В сталеплавильном производстве сточные воды образуются в процессе очистки газов мартеновских печей, конвертеров, дуговых печей, при охлаждении и чистке изложниц, на установках непрерывной разливки. Размеры частиц пыли в сточных водах от 0,01 до 0,1 мм при концентрации (в зависимости от условий работы) от 3 до 20 г/л.

Мероприятия по борьбе с загрязнением водных бассейнов разрабатываются в основном для производственных сточных вод (ПСВ). В литейных цехах производственную воду расходуют на охлаждение оборудования, гидрорегенерацию песка, очистку вентиляционного воздуха, ваграночных газов, грануляцию шлаков, для транспортирования отработанных смесей, приготовления красителей, формовочных и стержневых смесей, гидравлической и электрогидравлической отливки и т.п.

Для очистки ПСВ применяются механические, химические, физико-химические, термические и комбинированные методы. Механическим методом очищают воды от грубодисперсных примесей и масел. Для этого используют различные аппараты: отстойники, решетки, песколовки, фильтры, гидроциклоны, центрифуги и т.п. Для нейтрализации щелочных сточных вод применяют добавки кислоты, обычно серной. Нейтрализацию кислых сточных вод можно осуществить практически любым основанием или щелочью, но наиболее дешевой является известняковое молоко. Сточные воды с небольшим количеством примесей очищают методами сорбционными, ионитовыми, электродиализа и др. В качестве сорбентов используют активированные уголь и двуокись марганца, но чаще различные ионообменные смолы.

Используется значительное число технологий по утилизации отходов.

Термические технологии применимы для утилизации любых видов твердых, растворимых, жидких и газообразных отходов. Суть метода заключается в термической обработке материалов высокотемпературным теплоносителем, т.е. продуктами сгорания топлива (плазменная струя, расплав металла или окисла, СВЧ нагревом отходов) контактным и бесконтактным способом. Термический метод позволяет обезвреживать любые химические соединения при высоких температурах в окислительном или восстановительном режиме с подачей воздуха, кислорода, водорода или других газов, т.е. имеется возможность регулировать параметры обеззараживания любого вещества (соединения).

Плазмохимический метод предпочтительно применить для обеззараживания трудно-горючих и негорючих соединений. Принцип работы плазмохимической установки: в струю низкотемпературной плазмы (более 3000К) подается исходное вещество в жидком, пастообразном или порошковом виде. Оно в реакторе разлагается до атомов, молекул и ионов. Плазмообразующий (водород, азот, кислород) газ обеспечивает появление окислов, соединении галогенов с водородом, нейтральных молекул и атомов, т.е. тот состав, который образуется в соответствии с термодинамическими параметрами процесса. Необходимо четко представить, что в отличие от сжигания отходов в топке (в смеси с топочными газами и воздухом) плазменный процесс строго регулируется по давлению, температуре и составу газа. При этом одним из условий процесса является закалка газа, т.е. резкое уменьшение до 1000К в секунду температуры газа, чтобы не допустить вторичного образования нежелательных соединений. Для уничтожения 1 кг отходов необходимо до 3 кВт·час энергии [13].

Основные направления охраны окружающей среды:

1) Комплекс мероприятий по ограничению вредных выбросов и отходов (очистка сточных вод от примесей, очистка газовых выбросов от вредных веществ, рассеивание вредных выбросов в атмосфере, захоронение токсичных и радиоактивных отходов).

2) Разработка таких технологических процессов, которые обеспечивают безотходное производство. Основные этапы разработки безотходной технологии: разработка способов и оборудования для переработки всех отходов производства (включая уходящие газы и пыль); разработка технологий, обеспечивающих использование водооборотного цикла, отсутствие сточных вод; создание территориально-производственных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структуру материальных истоков сырья, полупродуктов и отходов внутри ТПК.

3) Разработка малоотходных технологий.

Проблемы снижения загрязнений успешно решают путем создания мало - и безотходных технологий в процессе совершенствования производства. Кроме того, промышленность уже имеет огромный опыт применения многих видов отходов черной и цветной металлургии, литейного производства и других отраслей народного хозяйства в качестве ценного сырья для изготовления изделий и конструкций. В связи с этим в проектах литейных цехов и заводов особое внимание должно быть уделено созданию и внедрению современных технологических процессов, отвечающих требованиям и задачам охраны окружающей среды.

6. Специальная часть

6.1 Влияние химического состава на качество стали

Для предупреждения нарушения сплошности металла необходимо, чтобы вследствие усадки стали, температурных напряжений и ферростатического давления суммарные напряжения, деформационная способность и скорость деформации не превышали их критических значений, при которых наступает разрыв металла. На деформационные свойства стали в значительной степени влияет скорость развития деформации. С увеличением содержания углерода допускаемая скорость деформации увеличивается. Поэтому средне - и высокоуглеродистые стали имеют меньшую склонность к образованию трещин. Как показывают данные различных исследователей, увеличение скорости деформации уменьшает допустимую деформацию для всех марок стали. Деформация металла весьма существенно влияет также и на допустимые напряжения в затвердевающей стали. Последний показатель в значительной степени связан с наличием в стали фосфора, серы и марганца. Химический состав стали во многом определяет свойства в интервале температур кристаллизации. Так, присутствие углерода и серы оказывает заметное влияние на склонность к трещинообразованию. С повышением содержания углерода c 0,1 до 0,18 % прочность стали возрастает почти линейно. При содержании углерода 0,18 - 0,20 % сталь обладает максимальной прочностью и аномально низкими пластическими характеристиками. Собственно в этом диапазоне содержания углерода сталь по фронту затвердевания не обладает способностью к пластической деформации. При дальнейшем увеличении содержания углерода прочность стали постепенно уменьшается. Увеличение содержания серы от 0,025 % до 0,045 % уменьшает предел прочности при растяжении, причем особенно заметное снижение прочности имеет место в пределах изменения содержания серы от 0,025 до 0,030 %.

Хотя максимальное значение предела прочности при растяжении и имеет место при концентрации углерода примерно 0,18 %, сталь с таким содержанием углерода особенно склонна к образованию трещин. Это позволяет предположить, что пластичность (способность к пластической деформации) оказывает большее влияние на склонность стали к трещинообразованию, чем прочность, так как при содержании углерода 0,18 - 0,20 % сталь по фронту затвердевания практически не обладает способностью к пластической деформации.

Многочисленные экспериментальные исследования, рассмотренные, например, в работе, показывают, что допустимая полная деформация сильно зависит от соотношения Mn/S. Для Mn/S < 25 при разрыве образцов (диапазон температур 1000-1250°С) значения относительного сужения составляют менее 10 %, при Mn/S = 60 значение относительного сужения возрастают до 40 %, а при Mn/S = 100 и 200 - соответственно до 60 % и 90 %. Непрерывное увеличение пластичности стали с увеличением отношения содержания марганца к сере позволяет сделать заключение об изменяющемся составе сульфидов и о другомместе их выделения при более высокой концентрации марганца. Образование легкоплавкого сульфида железа, обогащенного марганцем, подавляется преимущественным образованием сульфида марганца, который выделяется не по границам зерен.

В целом же приведенные данные позволяют говорить о возможности повышения качества внутренней структуры непрерывно литой заготовки путем повышения значения отношения Mn/S. В настоящее время большинство ведущих металлургических компаний мира рекомендуют обеспечивать отношение Mn/S > 60-70 при разливке рядовых сталей на сортовую и блюмовую заготовку. [33]

6.2 Дефекты катаных шаров

Поперечную прокатку в винтовых калибрах впервые начали разрабатывать применительно к производству шаров. Схема процесса представлена на рисунке 6.1 Круглый пруток задается в непрерывно вращающиеся валки, на боковой поверхности которых нарезаны винтовые калибры, имеющие негативный профиль по отношению к прокатываемому изделию. Прокатка сплошных изделии осуществляется на двухвалковом стане. Передний конец прутка захватывается ребордами валков, начинает вращаться и, продвигаясь по оси калибра, постепенно обжимается, приобретая форму требуемого изделия. В конце калибра изделие отделяется и выбрасывается из валков. При этом реборды валков захватывают новую порцию металла и процесс осуществляется непрерывно пока не прокатается весь пруток. Обжимаемая валками заготовка удерживается на оси прокатки в стане с помощью специальных направляющих линеек. Калибровку валков выполняют таким образом, чтобы было обеспеченно постепенное внедрение реборд валков в обжимаемую заготовку.

Для обеспечения требуемой формы заготовки с хорошим качеством поверхности без плени закатов необходимо, чтобы в процессе прокатки деформируемый металл непрерывно прилегал к реборде винтового калибра. В случае отставания металла от реборды калибра профиль заготовки оказывается незаполненным или на ее поверхности могут возникнуть закаты. Вторым важным условием, обеспечивающим нормальный процесс формообразования заготовки, является постоянство объема метала в калибре. Если объем металла, захваченный в начале калибра, будет больше объема, который может расположиться в последующих участках калибра, то избыток металла может привести к нарушению формы изделия, появлению плен на его поверхности и вскрытию полости внутри заготовки.

Рисунок 6.1 - Схема прокатки шаров.

В начальный момент внедрения реборды валка в заготовку обжимаемый металл вытесняется только в радиальном направлении. При этом на участках боковой поверхности, прилетающих к торцам заготовки, появляются наплывы металла. По мере уменьшения диаметра обжинаемой перемычки наступает осевое течение металла. При этом изменение ширины реборды должно соответствовать вытяжке перемычки. В противном случае заготовка будет отходить от реборды валка.

Склонность к разрыхлению металла в сердцевине заготовки при поперечной прокатке исследовали С.П. Грановский и Н В. Мехов. Они показали, что на разрыхление металла влияют следующие основные факторы поперечной прокатки в винтовых калибрах:

а) величина обжатия за половину оборота заготовки;

б) ширина реборды калибра;

в) натяжение металла в обжимаемой части заготовки;

г) температура прокатки;

д) скорость вращения валков;

е) затрудненность осевого течения металла и наличие избытка металла в калибре.

Для предотвращения разрыхления металла в осевой зоне при поперечной прокатки сплошных изделий в винтовых калибрах, необходимо по возможности увеличивать обжатие за половину оборота заготовки; это достигается сокращением числа в витков формующего участка калибра.

В зависимости от условий прокатки температура нагрева металла оказывает различное влияние на его разрыхление в осевой зоне.

При наличии натяжения в перемычке склонность к разрыхлению металла уменьшается при увеличении температуры прокатки. Аналогичное явление отмечается и при его свободном осевом истечении. Иная картина наблюдается при затрудненном осевом течении металла и особенно при избытке его в винтовом калибре. В этом случае наоборот склонность к разрыхлению металла увеличивается при увеличении температуры прокатываемых заготовок.

Исходным материалом мелющих шаров служат, стандартные прутки горячекатаной стали наиболее ходовых размеров по диаметру.

Размеры прокатываемых мелющих шаров и диаметры пруткового металла, идущего на их производство:

Номинальный диаметр шара, мм 26,3 31,5 41,4 52 62 73

Номинальный диаметр прутка, мм 25 30 40 50 60 70

Если диаметр исходной заготовки значительно отличается от номинального значения, то мелющие шары обычно прокатываются с неполным заполнением их в формы, т.е. с кольцевыми канавками на поверхности, которые практически не оказывают влияния на условия работы шаров в мельницах. Для обеспечения прокатки мелющих шаров без канавок отклонения диаметра исходных прутков в запускаемой партии должны быть в пределах 0,3-0,4 мм.

Прокатка мелющих шаров без канавок возможна так же из заготовок, диаметры которых могут колебаться в значительно больших пределах. Для этого валки снабжаются специальным калибрующим устройством.

Точность диаметра шара зависит от расстояния между валками и при обнаружении отклонения от заданного диаметра шара производят соответствующую регулировку механизма сближения валков. Повышенную овальность шара устраняют регулировкой угла наклона валков. Обычно угол наклона осей валков (угол подачи) приблизительно равен углу подъема реборды вблизи ее основания (по дну калибра).

Изменяя угол наклона валков, можно увеличить или уменьшить осевую подачу металла в валки. При уменьшении угла сокращается подача металла в валки, заготовка может начать отставать от реборды, форма тара не заполняется и на ее поверхности появляются винтовые канавки, с увеличением угла подачи этот дефект пропадает. При чрезмерно большом угле подачи возможно появление избытка металла в калибре, шары получают неправильную форму и имеют местные вздутия, а внутри шара вскрывается полость.

При неправильной настройке стана и нарушении режимов прокатки на поверхности шара могут появиться дефекты в виде канавок (пояски недоката) по окружности или части ее, плен, лысок и вмятин.

Канавки на поверхности шара возникают при задаче в валки недостаточно нагретого металла, при несоответствии диаметра прутка, а также при чрезмерном разведении валков.

Плены и закаты перемычек появляются из-за нарушения осевой настройки валков. При незначительном несовпадении калибров валков по оси прокатки (0,1 - 0.2 мм) шары разворачиваются в калибре, перемычки срезаются и шары выходят из валков без перемычек. При большем осевом смешении валков шар раньше разворачивается в калибре, перемычки разрываются, еще не достигнув требуемого утонения, и закатываются в тело шара, образуя плены из его поверхности. При появлении этих дефектов необходимо отрегулировать положение валков в осевом направлении с тем, чтобы шары выходили из валков, не разворачиваясь в калибре.

Плены и закаты на поверхности шара появляются также при неправильной калибровке валков, если форма и размеры реборды не следят за вытяжкой перемычки. При этом заготовка вначале отходит от реборды, а при дальнейшем продвижении по калибру в образовавшийся зазор между заготовкой и ребордой валка выдавливается металл, образуя плену.

Поверхностные дефекты в виде лысок и царапин возникают при подрезании шара о проводку и вызываются чрезмерным давлением обжимаемой заготовки на проводку, а также при наличии большого зазора между валком и гранью проводки. Большое давление металла на проводку возникает при неточной нарезке калибров валков или значительной поводке их во время термической обработки, а также при большом смещении оси прокатываемой заготовки относительно плоскости, проходящего через оси валков. Уменьшение давления заготовки на проводку может быть достигнуто при настройке стана приближением ее к оси прокатки.

Вмятины на поверхности шара появляются при вдавливании в заготовку металла, налипающего на валки. Налипание наблюдается вследствие чрезмерного скольжения между заготовкой и ребордой валка. При этом поверхностный слои заготовки сильно разогревается и в виде отдельных частиц металла прилипает к валкам.

Как показывают опыты, склонность к налипанию металла зависит не только от величины скольжения между обжимаемой заготовкой и валком, но и от твердости валка. Чем меньше твердость калибров валков, тем интенсивнее налипает металл и тем прочнее он удерживается на ребордах валков.

Рисунок 6.2 - Схема к определению скорости скольжения между заготовкой и валком.

Скольжение металла в калибре вызывается разницей между окружными скоростями валка и заготовки. Скорость заготовки убывает к оси шара, а скорость валка, наоборот, возрастает от основания к вершине реборды. Валок соприкасается с обжимаемой заготовкой по дуге АБС (рис.5.2). Окружные скорости валка и заготовки будут одинаковы по катающему радиусу (линия NN). Во всех остальных точках калибра окружные скорости валка и заготовки не будут совпадать, вследствие чего возникает скольжение между металлом и валком. Наибольшее скольжение будет в месте соприкосновения вершины реборды валка с обжимаемой перемычкой. В этом месте заготовка наиболее интенсивно обжимается, что приводит к значительному выделению тепла и местному перегреву металла. Таким образом, склонность к налипанию металла наблюдается на вершинах реборды волка.

Первый путь сокращение числа оборотов валков неэффективный, т.к. одновременно понижается производительность стана, в то время как устранение налипания уменьшением диаметра валка не снижает производительности, кроме того, сокращает стоимость изготовления сравнительно дорогостоящих валков. Предварительный подогрев валков и смазка реборд уменьшают налипание металла па валках, но усложняют эксплуатацию стана. Поэтому эти способы не нашли практического применения. Таким образом, устранение налипания металла на валках при освоении прокатки шаров достигнуто выбором оптимальных диаметров, скорости вращения, материала и термической обработки валков. Исходя из условии прочности валков и головок универсальных шпинделей, установленных со стороны привода валков, выбирают мини-малыше их диаметры, при которых исключается налипание металла на реборды калибра.

Выбор и расчет валков прокатного стана

Валки производства компании ENCE GMBH эксплуатируются на многих металлургических и трубных предприятиях России и стран СНГ.

Таблица 6.1 - Технические характеристики валков

Рабочий слой	Шейки и сердцевина
Твердость, hsd	75	Твердость, hsd	37 - 55
Отклонения по твердости, hsd	2 - 3	Предел текучести, МПа	800 - 900
Глубина рабочего слоя, мм	-	Предел прочности на растяжение, МПа	1100 - 1300
Предел прочности на растяжение, МПа	1350 - 1450	Удлинение, %	8 - 10
		Ударная вязкость, Дж/см2	22 - 30

Х153CrMoV12

Все валки прокатных станов изготавливаются под заказ по техническому заданию заказчика со строгим соблюдением допусков размеров, шероховатости поверхности, твердости поверхности и прочностных свойств деталей.

Новокраматорский машиностроительный завод

Таблица 6.2 - Механические и физические свойства

Рабочий слой	Шейки и сердцевина
Твердость, hsd	55 - 65	Твердость, hsd	35 - 50
Отклонения по твердости, hsd	2 - 3	Предел текучести, МПа	750 - 900
Глубина рабочего слоя, мм	до 80	Предел прочности на растяжение, МПа	950 - 1200
Предел прочности на растяжение, МПа	1300 - 1400	Удлинение, %	10 - 15
		Ударная вязкость, Дж/см2	20 - 30

Валки опорные горячей прокатки из легированной кованой стали с 3% Cr70Х3ГНМФ

Таблица 6.3 - Химический состав

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Mo	V
0.65/0.75	0.9/1.3	0.4/0.6	?0.015	?0.015	2.7/3.3	0.35/0.5	0.5/0.7	0.1/0.3

При сравнительном анализе валков двух производителей, лучшие показатели по твердости, предела прочности на растяжение, предела текучести имеют валки компании ENCE GMBH.

Расчет на прочность вала рабочего валка

Выбор расчетной схемы и определение расчетных нагрузок. Расчет валов базируют на тех разделах курса сопротивления материалов, в которых рассматривают неоднородное напряженное состояние и расчет при переменных напряжениях. При этом действительные условия работы вала заменяют условными и приводят к одной из известных расчетных схем. При переходе от конструкции к расчетной схеме производят схематизацию нагрузок, опор и формы вала. Вследствие такой схематизации расчет валов становится приближенным. В расчетных схемах используют три основных типа опор: шарнирно-неподвижную, шарнирно-подвижную, защемление или заделку.

На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Статическое разрушение наблюдается значительно реже. Оно происходит под действием случайных кратковременных перегрузок. Поэтому для валов расчета сопротивление усталости является основным. Расчет на статическую прочность выполняют как проверочный.

Предварительно оцениваем средний диаметр вала из расчета только на кручение:

, мм (6.1)

где Т - крутящий момент, Т = 23887 Нм

Разрабатываем конструкцию вала и оцениваем его размеры: диаметр в месте посадки валка d_в = 201мм; диаметр в месте посадки подшипников d_п = d_в - 5 = 201 - 5 = 196мм; l = 600; a = b = 300мм; с = 450мм.

Определяем допустимую радиальную нагрузку на выходном конце вала:

F_м = 250 (6.2)

F_м = 250 , Н

Определяем силы в зацеплении, Н:

F_т = 2Т/d₁ (6.3)

F_т = 2·23887·10³/250 = 191·10³;

F_а = F_тtgв (6.4)

F_а = 191·10³·0.1405 = 26,8·10³;

F_r = F_тtgб/cosв (6.5)

F_r = 191·10³·0.364/0.99 = 70·10³;

где d₁ - делительный диаметр валка, d₁ = 250 мм;

F_т - окружная сила;

F_а - осевая сила;

F_r - радиальная сила;

Определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих моментов. Рассмотрим реакции от сил F_r и F_а, действующих в вертикальной плоскости. Сумма проекций: F_r = А₁+В₁; F_а = Н₁. Сумма моментов В₁l= F_rl/2 + F_аd₁/2. При этом:

В₁ = F_r /2 + F_аd₁/ (2l), Н; (6.6)

В₁ = 70000/2 - 26,8·10³·250/ 2·600 = 29416

А₁ = F_r - В₁, Н; (6.7)

А₁ = 70000 - 29416 = 40,5·10³;

Реакция от сил F_t и F_м, действующих в горизонтальной плоскости

А₂+В₂=F_t-F_м; В₂l= F_tl/2 - F_м (c+1):

В₂= F_t /2 - F_м (c/l+1), Н; (6.8)

В₂ = 191·10³/2 - 38638 ( (450/600) +1) = 27880;

А₂ = F_t - F_{м -} В₂, Н; (6.9)

А₂ = 181·10³ - 38·10³ - 27,8·10³ = 125,2·10³.

Просчитываем два предполагаемых опасных сечения: сечение 1-1 под валком, и сечение 2-2 рядом с подшипником. Для первого сечения изгибающий момент:

, Н·мм; (6.10)

М = =7050·10³

Крутящий момент T = 23887·10³Н·мм.

Напряжение изгиба: у_и = М/W_и = 7050·10³/0,1·201³ = 8,68 МПа;

Напряжение кручения: ф = Т/W_р = 23887·10³/0,2·201³=14,7 МПа.

Пределы выносливости определяются по формулам:

у_-1 = 0,4у_в = 0,4·750=300 МПа;

ф_-1 = 0,2у_в = 0,2·750=150 МПа;

ф_в= 0,6·650=390 МПа

По табличным данным для прессовой посадки К_у = 1,7, К_ф= 1,4.

Таблица 6.4 - Концентрация напряжений

Фактор концентрации напряжений	Ку	Кф
	ув, МПа
	?700	?1000	?700	?1000
Галтель при r/d=0,02 (D/d=1,25…2) 0,06 0,10	2,5 1,85 1,6	3,5 2,0 1,64	1,8 1,4 1,25	2,1 1,53 1,35
Выточка при r/d=0,02 (t=r) 0,06 0,10	1,9 1,8 1,7	2,35 2,0 1,85	1,4 1,35 1,25	1,7 1,65 1,5
Поперечноеотверстиепри (а/d=0,05…0,25)	1,9	2,0	1,75	2,0
Шпоночный вал	1,7	2,0	1,4	1,7
Шлицы	При расчете по внутреннемудиаметруможноприниматьКу=Кф= 1
Пресоваяпосадкапри р?20 МПа (без конструктивныхмер, уменьшающихконцентрацию)	2,4	3,6	1,8	2,5
Резьба	1,8	2,4	1,2	1,5

Находим запас сопротивления усталости по изгибу:

S_у = у_-1/ (у_aК/К_d·К_f +ш_фу_m); (6.11)

S_у = 300·0,72/1,7·8,68 = 4,3;

Находим запас сопротивления усталости по кручению:

S_ф = ф_-1/ (ф_aК_т/К_d·К_f +ш_фу_m); (6.12)

S_ф = 150/ (1,4·7,35) /0,72+0,05·7,35 = 10,4

Находим запас сопротивления усталости при совместном действии напряжений кручения и изгиба:

S = S_ф+ S_ф/ ; (6.13)

S = 14,6·10,4/;

Для второго сечения изгибающий момент:

М = F_мc = 38638·450 = 17387·10³, Н·мм;

Крутящий момент T = 23887·10³Н·мм.

Напряжение изгиба: у_и = М/W_и = 17387·10³/0,1·196³ = 23 МПа;

Напряжение кручения: ф = Т/W_р = 23887·10³/0,2·196³ = 15,8 МПа.

Принимаем r галтели равными 2 мм; r/d = 0.04 b находим Ку=2; Кф=1,6 (таблица 2.2). Находим запасы сопротивлений усталости на изгиб и на кручение S_у=4,6; S_ф= 8,5

S = 4,6·8,5/

Больше напряженно второе сечение.

Проверяем статическую прочность при перегрузках

у_эк = (6.14)

у_эк =

у_и = М/ (0,1d³) = 46 МПа; (6.15)

ф = Т/ (0,2d³) = 17;

Проверяем прочность вала. По условиям работы валка опасным является прогиб вала под валком. Для определения прогиба используем таблицу 6.5.

Таблица 6.5 - Определение прогиба.

Углы поворота и и прогиба y
иA
иB
иC	иB
иD
иE		-
иH		-
yD
yE		-
yH		-
yC	иBc

Средний диаметр на участке l принимаем равным d_в = 201 мм.

Полярный момент инерции сечения вала:

Ј = рd⁴/200 (6.16)

Ј = 3.14·201⁴/200 = 2562·10⁴ мм⁴

Прогиб в вертикальной плоскости:

от силы F_r:

y_в= F_ra²b²/3EJl, мм; (6.17)

y_в= 70000·300²·300²/3·2,1·10⁵·2562·10⁴·600 = 0,04 мм.

от момента М_а прогиб равен нулю.

Прогиб в горизонтальной плоскости от сил F_t и F_м:

y_г= F_t a² b²/3EJl + F_мса (l²-a²) / 6EJl, мм; (6.18)

y_г= 0,015+0,005 = 0.02.

Суммарный прогиб:

y= , мм; (6.19)

у = = 0,044 мм.

Допускаемый прогиб = 0,01m = 0.01·5=0.05>0.044 мм.

Таким образом, условия прочности и жесткости выполняются. По этим условиям диаметр вала можно сохранить.

7. Технико-экономическая часть

Для осуществления автоматизации, контроля и управления технологическим процессом в новой печи, предусмотрены четыре контроллера фирмы SIEMENS типа S7-400. Каждый контроллер отвечает за выполнение следующих функций:

Контроллер 1 (нагрев печи): регулирование давления воздуха для горения; контроль температуры воздуха для горения; регулирование давления печи; контроль разбавления и защита рекуператора; контроль нагревательных зон; регулирование температур; регулирование расхода воздух-газ; регулирование длины пламени горелки; наблюдение за атмосферой внутри печи; слежение за газовыми станциями; управление отсекающими клапанами.

Контроллер 2 (водоохлаждение): контроль водяных контуров; управление насосами и дизелем; слежение за расходом и температурой воды в вертикальных и продольных балках; регулирование температуры воды; контроль подачи воды.

Контроллер 3 (транспортировка продукции): управление загрузочной машиной; выполнение циклов балок; управление заслонкой выдачи; управление заслонкой разгрузки; управление разгрузочными машинами; управление гидравликой.

Контроллер 4 (управление рольгангами): управление рольгангами загрузки; контроль сляба на роликах; слежение за продуктом на роликах; позиционирование сляба перед печью; управление рольгангом выдачи; управление лазерами и позиционированием перед печью.